二酸化炭素還元触媒へ向けた金属/有機ハイブリッド電極の電気化学的自己組織化

金属/有机混合电极电化学自组装二氧化碳还原催化剂

基本信息

批准号：
22K20562
负责人：
津田勇希
金额：
$ 1.83万
依托单位：
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-08-31 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、二酸化炭素の効率的なエネルギー資源への変換に向け、二酸化炭素還元反応の高活性化と還元生成物選択性の向上を実現する、高分子と金属とを組み合わせた電極を基盤とする金属/有機ハイブリッド電極触媒の開発を目指している。二酸化炭素を有用な資源である炭化水素へと電気化学的に還元することが可能な唯一の金属である銅を金属種として、また、二酸化炭素を高濃度で且つ強く吸着することが期待でき、カチオン密度が大きく、高い反応性を持つルミノールおよびメラミンをモノマーとして選定した。ルミノールおよびメラミンを電解重合によりポリマー化することで基板との接触の良さと高い導電性を実現し、さらにその電極上に金属銅を電解析出法で堆積させることで金属/有機ハイブリッド触媒を得た。電解重合後の電極について、硫酸を含む水溶液中でサイクリックボルタンメトリーを測定し、それぞれのレドックスピークの出現によりルミノールおよびメラミンのポリマー化を確認し、銅の析出はXRDパターンによって確認した。メラミンの重合物上に銅を電析すると、金属銅のみでなく亜酸化銅が析出するというとても興味深い結果が得られた。ポリメラミンは酸素還元触媒として機能することが報告されていることから、この場合は、金属銅電析浴中で、金属銅電析反応と酸素還元反応とが同時に起こり、酸素還元反応で生じた水酸化物イオンが銅イオンと反応することで、部分的に亜酸化銅が析出したと考察された。

在这项研究中，我们的目标是通过使用结合聚合物和金属的电极来有效地将二氧化碳转化为能源，以实现二氧化碳还原反应的高度活化并提高还原产物的选择性。我们的目标是开发一种金属/有机混合电催化剂。。铜是唯一能够通过电化学方式将二氧化碳还原为碳氢化合物的金属，是一种有用的资源，并且有望在高浓度下强烈吸附二氧化碳。鲁米诺和三聚氰胺具有高阳离子密度和高反应性，被选为单体。。通过电解聚合将鲁米诺和三聚氰胺聚合，实现了与基底的良好接触和高导电性，并且通过电解沉积Ta在电极上沉积金属铜，获得了金属/有机杂化催化剂。在含有硫酸的水溶液中对电解聚合后的电极进行循环伏安法测定，通过各自的氧化还原峰的出现来确认鲁米诺和三聚氰胺的聚合，通过XRD图来确认铜的析出。当铜电沉积在三聚氰胺聚合物上时，不仅沉积了金属铜，而且还沉积了氧化亚铜，这是一个非常有趣的结果。据报道，聚三聚氰胺起到氧还原催化剂的作用，因此在这种情况下，金属铜电沉积反应和氧还原反应在金属铜电沉积浴中同时发生，并且氧还原反应同时发生。通过氢氧根离子与铜离子的反应，氧化亚铜部分沉淀。